이번 포스트에서는 이전에 프로젝트를 진행하면서 사용하였던 WebSocket 프로토콜에 대해 자세히 알아보려고 한다!
✨ WebSocket이란?
WebSocket은 클라이언트(보통은 웹 브라우저)와 서버 간에 하나의 TCP 연결을 유지하면서 양방향 통신을 가능하게 해주는 프로토콜이다.
- HTTP처럼 TCP 위에서 동작하지만, 요청-응답이 아닌 전이중(Full Duplex) 통신을 지원한다.
- 단 한 번의 연결로 양방향으로 자유롭게 데이터를 주고받을 수 있다.
- 2011년 RFC 6455를 통해 표준으로 제정되었다.
🧠 WebSocket은 전송 계층 프로토콜일까?
정확히 말하면, WebSocket은 전송 계층(Transport Layer) 프로토콜이 아니다.
WebSocket은 TCP(전송 계층)를 기반으로 동작하는 애플리케이션 계층(Application Layer) 프로토콜이다.
즉:
- TCP는 데이터를 신뢰성 있게 전송하는 전송 계층 프로토콜
- WebSocket은 그 위에서 메시지 프레이밍, 양방향 통신, 핸드셰이크 등 고수준 통신 규약을 정의하는 애플리케이션 계층 프로토콜
OSI 7계층 기준으로 보면:
| 계층 | 예시 | WebSocket |
|---|---|---|
| 7 - 애플리케이션 | HTTP, FTP, WebSocket | ✅ WebSocket 위치 |
| 4 - 전송 | TCP, UDP | ⚙️ WebSocket이 사용하는 기반 |
따라서 WebSocket은 전송 계층을 '사용'할 뿐, 그 자체는 애플리케이션 계층에 속한다.
🧠 WebSocket이 왜 필요한가?
HTTP는 클라이언트가 요청해야 서버가 응답할 수 있는 단방향 통신 구조이다.
따라서 서버가 클라이언트에게 먼저 데이터를 보낼 수 없다.
이를 극복하기 위한 방식으로는 다음과 같은 것들이 있었다:
| 방식 | 설명 | 한계 |
|---|---|---|
| Polling | 클라이언트가 일정 주기로 서버에 요청 | 실시간성 부족, 서버 과부하 |
| Long Polling | 서버가 응답을 지연하다가 새 데이터가 생기면 응답 | 지연 시간, 다중 연결 유지 필요 |
| SSE (Server Sent Events) | 서버에서 클라이언트로 단방향 스트리밍 | 클라이언트 → 서버 전송 불가 |
⬇️ 이 모든 방식은 HTTP의 틀을 억지로 비틀어 쓴 방식이다.
✅ WebSocket은 이 한계를 완전히 극복한 기술이다.
⚖️ WebSocket 프로토콜 구조 (RFC 6455)
1. Handshake (초기 연결)
WebSocket은 HTTP 기반으로 연결을 시작한다. 이 과정을 Handshake라고 한다.
📉 클라이언트 요청 예시:
GET /chat HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket - 'WebSocket으로 프로토콜을 바꾸고 싶다'라는 명시적인 요청
Connection: Upgrade - 'Upgrade 요청을 실제로 적용하'라는 지시
Sec-WebSocket-Key: dGhlIHNhbXBsZSBub25jZQ==
Sec-WebSocket-Version: 13📊 서버 응답 예시:
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: s3pPLMBiTxaQ9kYGzzhZRbK+xOo=- 이 과정을 통해 HTTP → WebSocket 프로토콜로 업그레이드된다.
- 보안 연결은
wss://를 사용하며, TLS(SSL) 기반이다.
2. 메시지 프레임 구조
WebSocket은 메시지를 프레임 단위로 분할해서 전송한다.
- 프레임 - 애플리케이션 계층에서 데이터를 전송하는 단위
프레임은 크게 다음과 같은 종류가 있다:
- ✉️ 텍스트 프레임: UTF-8 인코딩된 문자열
- 📂 바이너리 프레임: ArrayBuffer, Blob 등
- ⚖️ 제어 프레임: ping, pong, close
💡 프레임은 WebSocket 자체의 논리적 단위이며,
실제로는 TCP 위에서 전송되고 TCP는 내부적으로 이를 여러 개의 IP 패킷으로 나눠 전송할 수 있다.즉, WebSocket 프레임은 TCP 세그먼트를 통해 전송되며,
세그먼트가 패킷으로 캡슐화되어 전송되는 구조이다.
3. 연결 유지 및 종료
- ping/pong 프레임을 통해 연결이 살아있는지 확인한다.
- 클라이언트나 서버는
close프레임을 통해 연결을 종료할 수 있다.
🔄 Ping / Pong 프레임이란?
- ping: 연결이 유효한지 확인하기 위해 클라이언트 또는 서버가 보낸다.
- pong: ping에 대한 응답으로 자동 혹은 수동으로 전송된다.
- 주로 유휴 연결 상태를 확인하거나, 타임아웃 감지를 위한 헬스체크 용도로 사용된다.
예시 흐름:
- 서버 → ping → 클라이언트
- 클라이언트 → pong 자동 응답 (라이브러리에서 처리)
ping/pong 프레임은 RFC6455에 따라 제어 프레임(control frame)에 속하며, 응답이 오지 않으면 연결을 종료하거나 재연결할 수 있는 근거가 된다.
💻 브라우저에서의 WebSocket 사용법 (MDN 기준)
const socket = new WebSocket("wss://example.com/socket");
socket.addEventListener("open", () => {
console.log("WebSocket 연결 완료");
socket.send("Hello, server!");
});
socket.addEventListener("message", (event) => {
console.log("서버로부터 메시지:", event.data);
});
socket.addEventListener("close", () => {
console.log("연결 종료");
});
socket.addEventListener("error", (err) => {
console.error("에러 발생:", err);
});ws://또는wss://로 URL을 시작한다.- 연결이 열리면 메시지를 자유롭게 주고받을 수 있다.
⚠️ WebSocket의 한계와 주의사항
1. 상태 유지 비용이 높다
- 연결 유지 기반이라 서버 리소스를 많이 차지한다. (메모리, 커넥션 수 등)
- 수천~수만 사용자 연결 시 서버 확장을 고려할 필요가 있다. (e.g. Redis adapter, sticky session)
2. HTTP/2, HTTP/3과의 통합이 제한적
- WebSocket은 HTTP/1.1에 최적화 되어있다.
- HTTP/2/3에서는 멀티플렉싱과의 충돌로 비표준 확장에 의존해야 한다.
3. 프록시/방화벽 간섭
- 사내망이나 공공 네트워크에서 WebSocket 업그레이드 요청이 차단될 수 있다.
4. 인증 처리 복잡성
- WebSocket은 자체 인증 체계 없다.
- JWT나 세션 토큰 등을 handshake 시 직접 처리해야 한다.
5. 기존 HTTP 인프라와 통합 어려움
- REST 미들웨어, 로깅 시스템과 호환하려면 별도 설계 필요하다.
✅ WebSocket이 적합한 상황
- 실시간 채팅, 메신저
- 주식, 코인, 환율 실시간 시세 서비스
- 온라인 게임 (빠른 동기화 필요)
- 문서 협업 툴 (실시간 동시 편집)
- IoT 디바이스 데이터 스트리밍
- 실시간 알림 시스템 (push notification)
단순 API, 낮은 빈도의 요청이라면 오히려 REST가 효율적일 수 있다.
📝 정리
- WebSocket은 HTTP보다 실시간성과 효율성이 뛰어나다.
- 연결 유지 비용이 낮고, 헤더 오버헤드도 적다.
- 인증 처리 시 Handshake에 토큰을 함께 전송하거나
query,headers활용이 가능하다. - 모바일 환경에서는 자동 재연결 로직과 ping/pong 감지가 중요하다.
- 실시간 채팅, 게임, 주식 시세, IoT 등에서 필수 기술이다.
🔗 참고한 문서들
- RFC 6455 WebSocket 프로토콜 표준: https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc6455
- MDN WebSocket API 가이드: https://developer.mozilla.org/ko/docs/Web/API/WebSocket
- JavaScript.info WebSocket 설명: https://ko.javascript.info/websocket#ref-906
- 기술 블로그: https://velog.io/@sj_yun/Web-Socket%EC%9D%B4%EB%9E%80
